Một loại hóa học pin mới gia nhập thị trường
Ngành công nghiệp xe điện vừa đạt một cột mốc quan trọng với sự ra mắt của mẫu xe du lịch sản xuất hàng loạt đầu tiên sử dụng công nghệ pin natri-ion. Hãng xe Trung Quốc Changan Automobile và tập đoàn pin CATL thông báo mẫu sedan Nevo A06 sẽ là xe thương mại đầu tiên dùng natri thay cho lithium để lưu trữ năng lượng, đánh dấu sự chuyển hướng căn bản trong cách các nhà sản xuất tiếp cận quá trình điện hóa.
Nội dung
Thông báo được đưa ra tại sự kiện ra mắt chiến lược tổ chức ở Yakeshi, Nội Mông, nơi hai công ty trình diễn công nghệ trong điều kiện mùa đông khắc nghiệt. Bộ pin CATL Naxtra có dung lượng 45 kWh, cho tầm hoạt động khoảng 400 km theo các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, cạnh tranh trực tiếp với các loại pin lithium sắt photphat hiện có vốn đã phổ biến trong phân khúc xe điện phổ thông.
Điểm khác biệt của bước tiến này không chỉ nằm ở việc thay thế nguyên tố này bằng nguyên tố khác, mà còn ở những ưu thế hiệu năng cụ thể của hóa học natri tại các khu vực mà pin thông thường gặp khó khăn. Dù công nghệ lithium-ion đã thống trị thị trường hơn một thập kỷ, những hạn chế trong thời tiết lạnh và sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng tập trung đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm kiếm giải pháp thay thế. Nevo A06 đánh dấu bước chuyển từ ý tưởng trong phòng thí nghiệm sang sản phẩm thương mại, với kế hoạch bắt đầu sản xuất vào giữa năm 2026.
Quan hệ hợp tác giữa Changan và CATL cho thấy các công nghệ pin thay thế, vốn mắc kẹt trong giai đoạn phát triển suốt nhiều thập kỷ, đã đạt đến độ trưởng thành. Nghiên cứu pin natri-ion có từ những năm 1980, nhưng những hạn chế về mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ khiến công nghệ này chưa thể ứng dụng vào ô tô thương mại cho đến khi các tiến bộ gần đây trong vật liệu điện cực và công thức chất điện phân tháo gỡ những rào cản kỹ thuật then chốt. Nevo A06 không phải nguyên mẫu thử nghiệm hay sản phẩm trình diễn được sản xuất giới hạn, mà là mẫu xe sản xuất quy mô lớn phục vụ nhu cầu đi lại hằng ngày tại một số vùng khí hậu khắc nghiệt nhất thế giới.
Natri-ion thay đổi cục diện pin ra sao
Pin natri-ion hoạt động theo nguyên lý tương tự pin lithium, đưa các ion di chuyển giữa những điện cực trong quá trình sạc và xả. Tuy nhiên, việc thay lithium bằng natri tạo ra những đặc tính vật liệu khác biệt, làm thay đổi hiệu năng. Các cell Naxtra của CATL đạt mật độ năng lượng 175 watt-giờ mỗi kilogram, gần tương đương công nghệ lithium sắt photphat hiện nay, dù thấp hơn các loại pin giàu nickel.
Pin sử dụng kiến trúc Cell to Pack, tích hợp trực tiếp các cell vào kết cấu bộ pin, loại bỏ các mô-đun trung gian và cải thiện hiệu quả sử dụng không gian. Lựa chọn thiết kế này giúp bù đắp mật độ năng lượng theo thể tích thấp hơn của hóa học natri bằng cách giảm phần kết cấu phụ trợ. Bộ pin 45 kWh lắp trên Nevo A06 nặng khoảng 257 kg, phù hợp với xe cỡ nhỏ và cỡ trung, vốn không đòi hỏi tầm hoạt động quá lớn.
Khác với thiết kế mô-đun thông thường, trong đó các cell được đặt trong những khoang riêng trước khi tích hợp vào bộ pin, phương pháp Cell to Pack trên hệ thống Naxtra gắn trực tiếp các cell vào kết cấu. Cách làm này giảm trọng lượng và độ phức tạp, đồng thời cải thiện khả năng quản lý nhiệt. Cấu hình tạo ra hiệu suất đóng gói cao, giúp bù đắp những hạn chế vốn có về mật độ năng lượng của các cell natri thế hệ đầu, nhờ đó đạt tầm hoạt động cạnh tranh dù chỉ số watt-giờ mỗi kilogram thấp hơn các công thức nickel-cobalt-nhôm tiên tiến.
CATL đã đầu tư gần một thập kỷ phát triển công nghệ này, rót hơn 10 tỷ nhân dân tệ vào nghiên cứu và sản xuất gần 300.000 cell thử nghiệm trong giai đoạn kiểm định. Công ty thành lập đội ngũ chuyên trách gồm hơn 300 nhà nghiên cứu, trong đó có 20 chuyên gia trình độ tiến sĩ, để giải quyết các thách thức kỹ thuật khi mở rộng quy mô hóa học natri cho ứng dụng ô tô. Quá trình chuẩn bị công phu này đã tạo ra bộ pin đáp ứng các tiêu chuẩn chứng nhận dành cho xe du lịch, lần đầu tiên đối với công nghệ natri.
Chinh phục miền Bắc băng giá
Ưu thế nổi bật nhất của hệ thống natri-ion Naxtra thể hiện ở nhiệt độ dưới 0 độ C, nơi pin lithium truyền thống thường suy giảm hiệu năng đáng kể. Trong các đợt thử nghiệm kiểm định tại Nội Mông, Nevo A06 cho thấy khả năng sạc ở nhiệt độ thấp tới âm 30 độ C, đồng thời duy trì hoạt động ổn định đến âm 50 độ C. Ở âm 40 độ C, pin vẫn giữ được hơn 90% dung lượng sử dụng, một chỉ số hiệu năng mà các cell lithium sắt photphat thông thường vẫn khó đạt được.
Khả năng chịu lạnh này giải quyết một trong những mối bận tâm dai dẳng nhất của người mua xe điện tiềm năng ở các vùng khí hậu phía bắc. Pin lithium hiện nay có thể mất một nửa tầm hoạt động thực tế trong điều kiện mùa đông khắc nghiệt, khiến tài xế ở những vùng có mùa lạnh kéo dài lo ngại. Ở âm 30 độ C, hóa học natri-ion cho công suất xả cao gần gấp ba lần các bộ pin lithium sắt photphat tương đương, đảm bảo hệ thống sưởi và hệ truyền động có đủ năng lượng ngay cả khi nhiệt độ môi trường giảm sâu.
Tác động của ưu thế này không chỉ dừng ở sự thoải mái mà còn liên quan đến khả năng sử dụng thực tế. Tại những khu vực mùa đông thường xuyên xuống dưới âm 20 độ C, khả năng duy trì tầm hoạt động và năng lực sạc giúp xe điện trở nên khả thi hơn trong thực tế. CATL cho biết lợi thế hiệu năng này khiến công nghệ natri-ion đặc biệt phù hợp với các thị trường ở miền Bắc Trung Quốc, vùng Trung Tây nước Mỹ và các nước Bắc Âu, nơi thời tiết lạnh từ lâu đã làm chậm tốc độ phổ cập xe điện.
Tình trạng suy giảm hiệu năng vào mùa đông từ lâu buộc chủ xe điện ở vùng khí hậu lạnh phải thay đổi đáng kể thói quen lái xe, hạn chế sử dụng hệ thống sưởi cabin và giảm tốc độ trên đường cao tốc để tiết kiệm pin. Giải pháp natri-ion dường như loại bỏ nhiều đánh đổi này, cho phép xe vận hành bình thường mà không gây lo lắng về tầm hoạt động như thường thấy khi lái xe vào tháng Một ở các vĩ độ phía bắc. Khả năng này có thể thúc đẩy phổ cập xe điện tại những khu vực mà người tiêu dùng trước đây cho rằng xe điện không phù hợp để sử dụng quanh năm.
Được chế tạo để chịu thử thách khắc nghiệt
Những cân nhắc về an toàn đã làm gia tăng đáng kể sự quan tâm đối với hóa học natri-ion, đặc biệt là độ ổn định nhiệt và khả năng chống chịu hư hại vật lý. CATL cho biết đã đưa pin Naxtra trải qua một loạt thử nghiệm vượt các tiêu chuẩn an toàn quốc gia, bao gồm nén từ nhiều hướng, khoan xuyên bằng máy khoan điện và cưa đứt hoàn toàn bộ pin khi đang sạc đầy. Trong mọi tình huống khắc nghiệt này, pin không phát khói, không cháy và không xảy ra hiện tượng thoát nhiệt; đáng chú ý, pin vẫn tiếp tục xả điện bình thường ngay cả sau khi bị cắt rời.
Hóa học cơ bản của cell natri-ion làm giảm nguy cơ thoát nhiệt so với cả pin nickel-mangan-cobalt lẫn lithium sắt photphat. Biên độ an toàn này bắt nguồn từ đặc tính vật liệu của các hợp chất natri, vốn vẫn ổn định trong những điều kiện tác động có thể làm hỏng hệ thống dùng lithium. Đối với người ngồi trong xe, điều đó đồng nghĩa nguy cơ cháy giảm trong các vụ va chạm hoặc khi có lỗi sản xuất.
Bên cạnh đó, việc loại bỏ cobalt và giảm nhu cầu đồng trong một số công thức pin natri-ion giúp giảm phụ thuộc vào những khoáng sản gắn với các hoạt động khai thác gây tranh cãi. Dù CATL chưa công bố đầy đủ thành phần độc quyền của các cell Naxtra, xu hướng chuyển sang natri nhìn chung giải quyết những lo ngại ngày càng tăng về tác động đạo đức và môi trường của hoạt động khai thác lithium tại một số khu vực địa lý.
Việc xử lý pin natri-ion khi hết vòng đời cũng có những ưu điểm, vì các vật liệu sử dụng ít gây lo ngại về độc tính hơn và đòi hỏi quy trình tái chế hoặc thải bỏ ít phức tạp hơn so với các loại pin lithium chứa kim loại nặng. Dù hạ tầng tái chế toàn diện cho hệ thống natri vẫn đang được phát triển, đặc tính hóa học cơ bản cho thấy công nghệ này có thể giảm tác động môi trường trong toàn bộ vòng đời xe.
Lợi thế kinh tế từ nguồn nguyên liệu dồi dào
Hiệu quả kinh tế của nguyên liệu thô dùng trong công nghệ natri-ion là luận cứ thuyết phục cho việc phổ cập rộng rãi. Natri có độ phổ biến trong vỏ Trái Đất cao gấp khoảng 1.000 lần lithium và phân bố ở nhiều khu vực địa lý thay vì tập trung tại một số quốc gia. Nguồn cung dồi dào này gần như loại bỏ các nút thắt chuỗi cung ứng và biến động giá gắn với thị trường lithium carbonate, mặt hàng đã đạt 170.000 nhân dân tệ mỗi tấn hồi đầu năm nay, tăng từ khoảng 50.000 nhân dân tệ vào năm 2021.
Các nhà phân tích ngành dự báo lợi thế chi phí đáng kể khi sản xuất mở rộng. Ước tính ban đầu cho rằng cell natri thế hệ đầu có thể đạt mức giá khoảng 77 USD mỗi kWh ở cấp độ bộ pin, còn chi phí thế hệ thứ hai có thể giảm xuống 40 USD mỗi kWh. Các mức này cạnh tranh thuận lợi với giá bộ pin lithium sắt photphat hiện nay, trung bình khoảng 81 USD mỗi kWh theo dữ liệu của BloombergNEF, dù chi phí tích hợp thực tế trên xe thay đổi đáng kể tùy nhà sản xuất.
Ngoài lợi ích giá trước mắt, việc đa dạng hóa chuỗi cung ứng còn mang lại lợi ích chiến lược cho các hãng xe muốn giảm phụ thuộc vào nguồn cung khoáng sản đơn lẻ. Natri phân bố rộng về mặt địa lý, cho phép mở rộng sản xuất pin sang những khu vực hiện chưa tham gia chuỗi cung ứng lithium, qua đó có thể giảm chi phí vận chuyển và lượng phát thải carbon từ việc chuyên chở nguyên liệu thô. CATL cho biết sản xuất quy mô lớn có thể giúp hạ đáng kể giá xe điện phổ thông, đưa phương tiện chạy điện đến với nhiều nhóm người tiêu dùng hơn.
Cam kết của CATL với công nghệ này bao gồm các dây chuyền sản xuất chuyên biệt và những quan hệ đối tác chuỗi cung ứng dành riêng cho hóa học natri. Công ty dự báo lượng pin natri-ion xuất xưởng sẽ tăng từ 9 gigawatt-giờ vào năm 2025 lên hơn 1.000 gigawatt-giờ trong vòng bốn năm, thuộc nhóm tốc độ mở rộng nhanh nhất trong các công nghệ pin mới nổi. Công suất này không chỉ phục vụ ngành ô tô mà còn cả các hệ thống lưu trữ năng lượng cố định, nơi trọng lượng và thể tích ít quan trọng hơn chi phí và độ an toàn.
Lithium và natri cùng song hành
CATL mô tả đợt ra mắt này là khởi đầu của kỷ nguyên hai loại hóa học pin, trong đó nhà sản xuất lựa chọn công nghệ dựa trên yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng thay vì mặc định dùng lithium-ion cho mọi trường hợp. Cùng lúc, công ty cũng công bố những tiến bộ về công nghệ lithium, bao gồm bộ pin sạc 5C có thể sạc từ cạn đến đầy trong khoảng 12 phút, đồng thời vẫn giữ được 80% dung lượng sau 3.000 chu kỳ, tương đương tuổi thọ sử dụng hơn một triệu dặm.
Sự phát triển song song này cho thấy những vai trò bổ trợ mà hai loại hóa học pin nhiều khả năng sẽ đảm nhận. Pin natri-ion dường như phù hợp nhất với xe hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, xe đi lại trong đô thị với nhu cầu tầm hoạt động vừa phải và các phân khúc nhạy cảm về giá. Công nghệ lithium-ion, đặc biệt là các công thức giàu nickel tiên tiến và biến thể photphat mật độ cao, sẽ tiếp tục phục vụ xe đi xa và các ứng dụng đòi hỏi khả năng sạc nhanh.
Sự khác biệt giữa Naxtra natri-ion và bộ pin lithium 5C được công bố cùng lúc làm nổi bật xu hướng chuyên biệt hóa sẽ định hình việc lựa chọn pin trong tương lai. Trong khi bộ pin natri ưu tiên độ ổn định nhiệt và khả năng chống chịu thời tiết lạnh, hệ thống lithium 5C hướng đến những tài xế cần sạc nhanh và tuổi thọ tối đa. Về lý thuyết, hệ thống 5C này có thể nhận đủ điện trong khoảng thời gian cần cho một lần nghỉ ngắn, giải quyết mối bận tâm lớn còn lại của người mua xe điện tiềm năng. Bằng cách cung cấp cả hai giải pháp, CATL cho phép các hãng xe điều chỉnh thông số hệ truyền động theo nhu cầu sử dụng thực tế thay vì buộc mọi khách hàng phải chấp nhận cùng một phương án thỏa hiệp.
Changan dự định tích hợp các lựa chọn pin natri-ion trên nhiều dòng thương hiệu, gồm Avatr, Deepal, Qiyuan và Uni, cho thấy cam kết chiến lược nhằm đa dạng hóa các sản phẩm hệ truyền động. Công ty cũng thông báo mở rộng mạng lưới đổi pin Choco-Swap lên hơn 3.000 trạm tại 140 thành phố Trung Quốc, đặc biệt chú trọng các khu vực phía bắc, nơi thời tiết lạnh ảnh hưởng đến hiệu năng pin. Khoản đầu tư hạ tầng này hỗ trợ triển khai thực tế xe dùng pin natri-ion ở những vùng khí hậu khắc nghiệt.
Từ phòng thí nghiệm đến đại lý
Changan Nevo A06 sẽ có mặt trên thị trường Trung Quốc vào khoảng giữa năm 2026, khép lại gần ba năm phát triển chuyên sâu kể từ khi CATL lần đầu công bố lộ trình pin natri-ion. Mẫu xe này, còn được biết đến với tên Qiyuan A06, trước đây đã ra mắt với các lựa chọn pin lithium sắt photphat có tầm hoạt động lên đến 630 km; phiên bản natri hướng đến một phân khúc cụ thể, nơi độ tin cậy trong thời tiết lạnh quan trọng hơn thông số tầm hoạt động tối đa.
Các dự báo thị trường cho thấy danh mục công nghệ này sẽ tăng trưởng nhanh. Precedence Research ước tính thị trường pin natri-ion toàn cầu sẽ tăng từ 1,39 tỷ USD vào năm 2025 lên 6,83 tỷ USD vào năm 2034, trong đó năm 2026 sẽ là bước ngoặt đối với ứng dụng ô tô. CATL cho biết các thế hệ Naxtra tương lai có thể đạt tầm hoạt động 500-600 km với xe thuần điện, trong khi cấu hình xe điện mở rộng phạm vi hoạt động và xe hybrid có thể chạy 400 km chỉ bằng điện.
Việc kiểm định Nevo A06 không chỉ diễn ra trong phòng thí nghiệm mà còn bao gồm các tình huống thực tế trên nhiều dạng địa hình. Bãi thử Yakeshi ở Nội Mông có nhiệt độ thường xuyên dưới âm 30 độ C, trong khi các chương trình bổ sung sẽ đánh giá hiệu năng trong điều kiện độ ẩm ở Đông Nam Á và độ cao tại các vùng núi Alps của châu Âu. Cách tiếp cận toàn diện này nhằm đảm bảo công nghệ natri-ion đáp ứng tiêu chuẩn độ tin cậy tương đương các hệ thống lithium đã được kiểm chứng trước khi đến tay người tiêu dùng.
Trước mắt, kế hoạch triển khai tập trung vào thị trường nội địa Trung Quốc, dù Changan duy trì hoạt động kinh doanh tại 117 thị trường quốc tế. Năm ngoái, công ty bán gần ba triệu xe, tạo sản lượng đủ lớn để biện minh cho khoản đầu tư thiết bị sản xuất cần thiết cho pin natri-ion. Khi công nghệ trưởng thành và chuỗi cung ứng phát triển, các hãng xe phương Tây nhiều khả năng cũng sẽ tung ra sản phẩm tương tự để giải quyết những phàn nàn về hiệu năng trong thời tiết lạnh, vốn làm chậm tốc độ phổ cập xe điện tại các vùng khí hậu phía bắc.
Điểm chính
- Changan Nevo A06 trở thành mẫu xe du lịch sản xuất hàng loạt đầu tiên chạy bằng pin natri-ion, sử dụng bộ pin Naxtra 45 kWh của CATL
- Pin natri giữ được hơn 90% dung lượng ở âm 40 độ C và sạc bình thường ở âm 30 độ C, vượt trội so với các loại pin lithium trong điều kiện lạnh khắc nghiệt
- Pin cho tầm hoạt động khoảng 400 km theo chu trình CLTC của Trung Quốc, tương đương các mẫu xe phổ thông dùng pin lithium sắt photphat
- Pin không cháy hay thoát nhiệt trong các thử nghiệm khắc nghiệt, bao gồm khoan và cưa, cho thấy đặc tính an toàn vượt trội
- Natri dồi dào hơn lithium gấp 1.000 lần, giúp đa dạng hóa chuỗi cung ứng và có thể giảm chi phí khi sản xuất mở rộng
- CATL và Changan coi đây là khởi đầu của kỷ nguyên hai loại hóa học pin: natri phục vụ vùng khí hậu lạnh và phân khúc nhạy cảm về giá, còn lithium phục vụ các ứng dụng cần tầm hoạt động xa
- Xe sẽ ra mắt tại Trung Quốc vào giữa năm 2026, với kế hoạch mở rộng trên các thương hiệu của Changan, gồm Avatr, Deepal, Qiyuan và Uni
